Emissionen von DK I Deponien unter Berücksichtigung der einschlägigen VDI-Richtlinie

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584 Abstract

Deponien

Emissions from Inert Landfills Considering the Relevant VDI-Guidelines

Gerhard Rettenberger

A most relevant type of landfill in Germany is the so called class I landfill. This landfill has only permission for the acceptance of inert waste. In Germany this means that the waste has an ignition loss of 3 % as maximum. Concerning the emissions only less experiences from full scale landfills existes. But for the permission process of new inert landfills those data are extremely important. Therefore the paper describes the relevant emissions at inert landfills concluding on one side from full scale landfills and on the other side using the VDI-guideline (VDI = Technical society of German engineers).

Emissions of landfill gas, odour, leachate and dust are discussed with this instrument which gives the important parameters for any caculations. So the VDI-guideline allows in consequence the calculation of the mentioned emission rates and makes it possible to provide the necessary prognosis.

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585 Emissionen von DK I Deponien unter Berücksichtigung der einschlägigen VDI-Richtlinie

Deponien

Emissionen von DK I Deponien unter Berücksichtigung der einschlägigen VDI-Richtlinie

Gerhard Rettenberger

1. Emissionen ...586

1.1. Sickerwasser ...586

1.2. Deponiegas ...587

1.3. Geruchsemissionen ...591

1.4. Staubemissionen ...591

2. Diskussion ...592

3. Literatur ...592

Aktuell werden verschiedene DK I Projekte in Angriff genommen, nachdem festgestellt wurde, dass offensichtliche Engpässe bei den Deponiekapazitäten auftreten könnten.

In diesem Rahmen müssen auch Umweltverträglichkeitsstudien durchgeführt werden. Ein wesentlicher Teil einer solchen Studie ist die Bewertung der Emissionen der Deponie. Bei den Deponien sind dabei Sickerwasser, Deponiegas sowie Geruch und Staub zu betrachten.

Bislang liegen zu diesen Emissionen von Deponien der Klasse DK I nur wenige Er- fahrungen vor, schlichtweg daher, da es solche Deponien in Reinform bislang kaum gibt. DK I Deponien waren zumeist Mischformen mit vorausgehenden Deponien der Klasse DK II, so dass die Emissionen von denen der Deponie DK II dominiert waren. Ausschließliche Deponien der Klasse DK I sind bislang kaum realisiert worden.

Folgedessen gibt es auch nur spärliche Angaben zu den Emissionen. Zur Ermittlung der Emissionen könnte die VDI-Richtlinie 3790 Blatt 2 daher hilfreich sein, da sie Instrumente an die Hand gibt, diese Emissionen zu quantifizieren.

Die VDI 3790 Blatt 2 wurde im Juni 2017 im Weißdruck veröffentlicht. Standen in der früheren Ausgabe bei dieser Richtlinie aus dem Jahre 2000 überwiegend die Geruchsemissionen im Vordergrund, so hat sich diese Situation durch die Wei- terentwicklung der rechtlichen Vorgaben doch so wesentlich verändert, dass eine Überarbeitung notwendig wurde. So ergaben sich wesentliche neuere Aspekte bei nachstehenden Punkten:

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Gerhard Rettenberger

586

Deponien

Deponiegas: Wurden bislang mit den Modellen erfassbare Gasvolumenströme ermittelt, so steht jetzt, nicht zuletzt infolge der internationalen Modelle unter IPCC (Intergovern- mental Panel on Climate Change) die Ermittlung der Emissionen im Mittelpunkt. Dies erforderte eine Anpassung der bislang üblicherweise benutzten Gasprognosemodelle.

Ermittlung der Emissionen: In der Vergangenheit wurden Emissionsmessungen über- wiegend als Kontrollmessungen hinsichtlich der Funktion der Entgasung eingesetzt, nicht jedoch zur Ermittlung eines tatsächlichen Emissionsvolumenstroms. Solche Messverfahren standen in der Vergangenheit nicht zur Verfügung. Mittlerweile sind diese aber für den praktischen Einsatz geeignet und wurden daher in die VDI 3790 aufgenommen. Sie können somit für eine behördliche Überwachung übernommen und eingesetzt werden.

Stäube: Da die Deponien derzeit und auch zukünftig überwiegend mit inerten Abfäl- len verfüllt werden, so dass DK I Deponien eine zunehmende Rolle spielen werden, werden damit zwangsläufig Staubemissionen verstärkt in den Blickpunkt des Interes- ses rücken. Im Rahmen von Genehmigungsverfahren werden Staubemissionen eine größere Rolle spielen.

Damit bringt die VDI-Richtlinie 3790 Blatt 2 für die Deponietechnik einige wichtige Neuerungen.

Im nachstehenden Text sei auf die Emissionen von DK I Deponien generell eingegan- gen und in diesem Kontext die VDI-Richtlinie erläutert. Dazu werden verschiedene Textteile aus der VDI 3790 Blatt 2 auch als Zitat wiedergegeben.

1. Emissionen 1.1. Sickerwasser

Sickerwasser wird in Deutschland praktisch ausschließlich aus Niederschlagswasser gebildet. Zur Bestimmung der Menge wird zumeist ein Jahresdurchschnittswert bezogen auf den jährlichen Niederschlag angegeben. Dieser ergibt sich unter Berücksichtigung von Verdunstung, Oberflächenabfluss und Speicherung. Der Oberflächenabfluss dürfte, wie bei allen Deponien, Null sein. Die Speicherung bei DK I Deponien ist bislang nicht untersucht, dürfte aber bei nahezu Null sein. Die inerten Abfälle wie Bauschutt, Böden oder Aschen besitzen nur ein kleines Wasserspeichervermögen. Somit wird mit etwa 50 % des jährlichen Niederschlags im Durchschnitt als Sickerwasser zu rechnen sein.

Üblicherweise werden Schwankungen an einzelnen Tagen zum 2- bis 3-fachen des Durchschnittswertes bei Deponien erwartet. Dabei wird aber gleichwohl noch ein gewisses Puffervermögen der Deponie unterstellt. Dieses wird bei DK I Deponien deutlich eingeschränkt sein. Damit ist zu empfehlen, die erforderlichen Anlagen nicht nach den pauschalen Schwankungsfaktoren, sondern nach abwassertechnischen Gesichtspunkten zu dimensionieren. Dabei muss davon ausgegangen werden, dass während des Niederschlagsereignisses nahezu keine Verdunstung stattfindet, also ein (Summen-)Abflussbeiwert von etwa 0,9 auftritt.

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Deponien

1.2. Deponiegas

Es ist davon auszugehen, dass in DK I Deponien nur solche Abfälle zur Ablagerung kommen, die nahezu keinen abbaubaren organischen Kohlenstoff enthalten. Auf alle Fälle wird der Glühverlust (GV) unter 3 % sein. Dieser könnte natürlich eine Deponie- gasbildung begründen, sofern dieser GV einen abbaubaren Anteil im Abfall repräsen- tieren würde. Der ungünstigste Fall wäre, wenn davon ausgegangen würde, dass es sich um 30 kg abbaubaren Kohlenstoff handelt. Dann müsste tatsächlich eine entsprechende Deponiegasentwicklung unterstellt werden. Diese ließe sich mit den Modellansätzen der VDI-Richtlinie berechnen. Hieraus könnte die Emission bestimmt werden.

Die Berechnung der Emissionen basiert zunächst auf der Bestimmung des Deponiegas- bildungspotenzials, was in der Regel in m³/t FM angegeben wird. Auf den unterschied- lichen Bezug, d.h. entweder zur Feuchtmasse (FM) oder zur Trockenmasse (TM) wird ausdrücklich hingewiesen. Es lässt sich mittels Faulversuchen oder aus der Gasbildung in 21 Tagen gemäß DepV bestimmen, allerdings durch Umrechnung mit einem Faktor, der den Kurzzeiteffekt kompensiert. Auch besteht ein empirischer Zusammenhang zum AT₄ über den der abbaubare Kohlenstoff ermittelt werden kann. So ergibt sich für Werte von AT₄ über 10 kg/t TM folgender rechnerischer Zusammenhang:

C_ab = 3,75 • AT₄ - c (1)

mit:

c: Konstante mit dem empirischen Wert 7,5 kg/t TM C_ab: abbaubarer Kohlenstoff in kg/t TM AT₄: Atmungsaktivität in vier Tagen in kg/t TM

Bei Werten für AT₄ unter 10 ist ein anderer Zusammenhang zu wählen.

Die Deponiegasemissionsmodelle basieren alle auf dem Abbaugesetz 1. Ordnung, das zu nachstehenden Exponentialgleichungen führt:

G_t = G_e • (1 – e^-kt) (2)

bzw.

G_td = G_e • k • e^-kt (3)

mit:

G_t: bis zur Zeit t gebildetes spezifisches Deponiegasvolumen in m³/t FM G_e: in langen Zeiträumen bildbares spezifisches Gasvolumen in m³/t FM k: Abbaukonstante in 1/a

t : Zeit nach Ablagerung in a

Gtd: im Jahr insgesamt gebildetes durchschnittliche Gasvolumen in m³/t FM

Die Abbaukonstante lässt sich aus der Halbwertszeit mit k=-ln(0,5)/t_1/2 unmittelbar berechnen.

Auf diesem Modellansatz basiert auch das in der VDI-Richtlinie 3790 Blatt 2 beschrie- bene IPCC Modell, welches sich zur Emissionsermittlung als FOD-Modell (First- Order-Decay) ausschließlich in der Anwendung als Multiphasenmodell eignet. Die Berechnung kann mit den folgenden beiden einfachen Gleichungen erfolgen:

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588

Deponien

DDOC_ma,T = DDOC_md,T + (DDOC_ma,T-1 • e^-k) (4)

DDOC_m,decomp,T = DDOC_ma,T-1 • (1 - e^-k) (5)

mit:

T = Jahr, für das die Kalkulation durchgeführt wird

DDOC_ma,T = zum Ende des Jahres T imn der Deponie vorhandenes DDOC_m DDOC_ma,T-1 = zum Ende des Jahres T-1 im Deponiekörper vorhandenes DDOC_m DDOC_m,decomp,T = im Jahr T anaerob abgebautes DDOC_m

k = Abbaukonstante in 1/a

Für die Berechnung des abbaubaren organischen Kohlenstoffs in der Deponie wird dabei auf folgende Formel zurückgegriffen:

DDOC_m = W • DOC • DOC_f • MCF (6)

Dabei ist der DOC_f-Wert der Anteil des DOC, der unter realen Deponiebedinungen biologisch abgebaut wird. Der MCF-Wert ist ein Korrekturfaktor für den Kohlenstoff- verlust durch aeroben Abbau für das Jahr der Ablagerung. Für die Anwendung zur Emissionsermittlung unter ungünstigen Randbedingungen müsste der MCF-Wert auf 1 und der DOC_f-Wert auf 0,9 gesetzt werden.

In den 2006 IPCC Guidelines sind verschiedene Vorschläge für Eingangswerte (soge- nannte default values) enthalten. Insbesondere wird hierbei unterschieden zwischen unterschiedlich schnell biologisch abbaubaren Abfallfraktionen (Multi-Phasen-Modell).

Für die Abschätzung des ungünstigen Emissionsgeschehen müsste von einem leicht abbaubaren Abfall ausgegangen werden.

Zur Berechnung der Methanemission wird das mit der Deponiegasfassung erfasste Methan abgezogen und über einen Korrekturfaktor die biologische Oxidation des Methans in den Deckschichten der Deponien berücksichtigt. Damit lässt sich dann die Menge an Methan in Gg/a errechnen, die durch die biologisch abbaubaren Abfälle emittiert wird.

Bei DK I Deponien wurde bislang keine Methanemission festgestellt. Folgedessen wurden bislang auch keine Entgasungsanlagen realisiert. Die oben gemachten Aus- führungen dienen daher zu einer Bewertung auf der ungünstigen Seite.

Sofern eine Methanbildung in einer DK I Deponie eintreten würde, würde ein Teil der nicht erfassten Gase durch eine Methanoxidation beim Passieren der offenen oder abgedichteten Deponieoberfläche abgebaut. Dieser Anteil kann zu Beginn bei höheren Emissionsraten und fehlender Oberflächenabdichtung bei 10 % bis 30 % liegen. Bei älteren Deponien, die mit einer Oberflächenabdichtung und Rekultivierungsschicht zur Methanoxidation versehen sind, kann er auf 70 % bis 100 % ansteigen, wobei das Methanoxidationspotenzial im Sommer höher als im Winter ist. Für nicht op- timierte Abdeckböden werden konservativ Methanoxidationsraten von im Mittel 0,5 l CH₄/m² • h angenommen, in gezielt als Methanoxidationsschicht ausgeführten Ab- deckungen wurden Oxidationsraten bis 2,4 l CH₄/m² • h gemessen (Zitat [1]). Zu berück- sichtigen ist aber, dass die Emissionen über die Oberfläche höchst ungleich verteilt auftreten können. Werte bis zum 60-fachen des Mittelwertes wurden bereits beobachtet.

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Deponien

Damit wäre eine geringe Methanbildung in einer DK I Deponie unter dem Aspekt der Emission tatsächlich kein Problem, da diese Gasmenge mit Sicherheit bereits in der Deponie durch Methanemission abgebaut würde. Bislang ist dieser Effekt an einer DK I Deponie nicht nachgewiesen.

Ausführlich geht die VDI 3790 Blatt 2 auf die Messung der Emissionen ein. Unter Berücksichtigung technischer Randbedingungen, der aktuellen Witterung sowie möglicher zeitlicher und räumlicher Variabilität können direkte und indirekte Mes- sungen verwandt werden. Bei den direkten Messungen werden Messungen mit dem Saugglockenverfahren (siehe VDI 3860 Blatt 3) und Haubenmessungen beschrieben (siehe auch VDI 4285 Blatt 1). Bei beiden Messverfahren ist eine Feststellung der Ge- samtemissionen nicht möglich. Lediglich punktuelle Beurteilungen der Gasemissionen sind mit den Verfahren möglich. Grundsätzlich sind diese Verfahren auch bei DK I Deponien möglich.

Zur Quantifizierung der Emissionen der gesamten DK I Deponie stehen verschiedene indirekte Verfahren zur Verfügung (siehe auch VDI 4285). Als indirekte Methode werden Messungen in einem gewissen Abstand zur Quelle (Deponie) bezeichnet, bei denen durch Messung der Immissionen auf die Quellstärke der Emission rück- geschlossen werden kann. Dazu ist ein von der Methode abhängiger Mindestabstand von der Quelle erforderlich. Der Abstand sollte allerdings klein genug sein, um einen Konzentrationsanstieg im Lee der Deponie im Vergleich zur Hintergrundkonzentra- tion genau messen zu können. Als Methoden werden dabei in der VDI-Richtlinie die Ausbreitungsmodellierung, die Tracermethode sowie die Eddy-Kovarianz-Methode und die Massenbilanzmethode beschrieben.

1.3. Geruchsemissionen

Auch die Messung von Geruchsemissionen kann mit direkten und indirekten Methoden erfolgen. Hier beschreibt die VDI-Richtlinie die durchströmte Haubenmessung als direkte Methode bzw. die Fahnenbegehung (VDI 3940 Blatt 2) als indirekte Methode.

In der VDI 3790 Blatt 2 werden nunmehr keine Emissionsfaktoren mehr genannt. Da in der Praxis eine relativ große Bandbreite von Werten gemessen wurde, sind konkrete Messungen unumgänglich. Im Falle von Genehmigungsverfahren wären dann sinngemäß Werte von anderen Deponien zu übertragen. Von Geruchsproblemen an DK I Deponien ist bislang nicht berichtet worden. Grundsätzlich wären diese natürlich denkbar. Sofern solche Geruchsemissionen auftreten würden, müssten diese durch konkrete Messungen erfasst und beschrieben werden.

1.4. Staubemissionen

Staubemissionen treten in nennenswertem Umfang vor allem bei Deponien in der Betriebsphase bei der Ablagerung von Abfällen mit staubenden Eigenschaften, wie z.B.

bei Bauschutt auf. Stäube können durch unterschiedliche Effekte entstehen:

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592

Deponien

• Abrieb von Reifen, Brems- und Straßenbelägen,

• Verschmutzungen von Fahrwegen und Aufwirbelungen durch Fahrbewegungen,

• Abwehungen/Erosionen von unversiegelten Flächen und

• Verschiedene Vorgänge wie Abkippen, Einbauen, Planieren, Verdichten, Aufneh- men und Umschlagen von staubenden Materialien.

Staubemissionen werden mittels indirekter Messmethoden (Immissionsmessungen, Staubniederschlagsmessungen mit Rückrechnung auf die Quellstärke) sowie durch Abschätzung von Emissionsquellstärken und Emissionsfaktoren für Teilvorgänge auf der Deponie bestimmt. Für die Staubemissionen aus Abkipp- und Umladevorgänge können Methoden für Schüttgüter aus der VDI 3790 Blatt 3 herangezogen werden. Dort werden auch Berechnungsmethoden für die Staubemissionen durch Fahrbewegungen auf unbefestigten Fahrstrecken genannt. Auch werden in der VDI-Richtlinie Emissionen durch Winderosion besprochen. So kommt es unterhalb von Windgeschwindigkeiten von 4 m/s bis 5 m/s (gemessen in zehn Meter Höhe) praktisch zu keinen Abwehungen.

Die in der VDI 3790 Blatt 3 genannte Methode zur Berechnung von Abwehungen wird zitiert. Für verschiedene Aktivitäten wie Umschlagvorgänge und Fahrbewegungen auf Deponien werden pauschalierte Emissionsfaktoren bezogen auf die Umschlagmasse bzw. die Fahrstrecke angegeben. Ebenso werden messtechnische Bestimmungen aus der VDI 4285, wo sie ausführlich dargestellt sind, angegeben.

Damit können auf der Grundlage der VDI-Richtlinie die erforderlichen Emissionswerte für Stäube ermittelt werden. Sollten auch Aussagen über die Staubinhaltsstoffe getroffen werden, so müsste aus der Abfallbeschaffenheit anteilsmäßig auf die Staubzusammen- setzung zurückgeschlossen werden.

Zur weiteren Betrachtung sind dann noch Ausbreitungsbetrachtungen durchzuführen.

Hierzu werden in der VDI-Richtlinie die erforderlichen Hinweise gegeben.

2. Diskussion

Durch die geänderte Deponiesituation, nur noch Inertdeponien mit einem gewissen Schwergewicht auf der DK I Deponie zuzulassen, müssen modifizierte Verfahren zur Emissionsbetrachtung berücksichtigt und herangezogen werden. Dies erfordert neue Regelwerke, die nunmehr mit der Überarbeitung der VDI-Richtlinie 3790 Blatt 2 aus dem Jahre 2000 im Jahre 2017 vorgelegt wurde. Damit lässt sich gerade auch die Emissionssituation an DK I Deponien besser beschreiben, was u.a. auch im Planfest- stellungsverfahren erforderlich sein wird. Gleichwohl sei darauf hingewiesen, dass es zur Absicherung der Emissionssituation an DK I Deponien noch weiterer Untersu- chungen bedarf.

3. Literatur

[1] VDI: Umweltmeteorologie, Emissionen von Gasen, Gerüchen und Stäuben aus diffusen Quellen.

Deponien VDI 3790 Blatt 2, Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin, Juni 2017

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Deponien

Ansprechpartner

Professor Dr.-Ing. Gerhard Rettenberger Ingenieurgruppe RUK GmbH

Auf dem Haigst 21 70597 Stuttgart (D)

Telefon: 0049-(0)711-906780 E-Mail: rettenberger@ruk-online.de

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Vorwort

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky,

Bernd Friedrich, Thomas Pretz, Peter Quicker, Dieter Georg Senk, Hermann Wotruba (Hrsg.):

Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 5 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-41-1 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2018

Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Dr.-Ing. Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Claudia Naumann-Deppe, Janin Burbott-Seidel, Sandra Peters, Ginette Teske, Roland Richter, Cordula Müller, Gabi Spiegel Druck: Universal Medien GmbH, München

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig.

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